NASKAH PUBLIKASI
PRARANCANGAN PABRIK POLISTIRENA DENGAN PROSES POLIMERISASI LARUTAN
KAPASITAS 70.000 TON/TAHUN
Disusun Sebagai Salah Satu Syarat Untuk Memperoleh Gelar Kesarjanaan Strata 1 Fakultas Teknik Universitas Muhammadiyah Surakarta
Oleh : Dela Nayomi D 500 120 047
Dosen Pembimbing :
Ir. Haryanto., A.R., M.S. M. Mujiburohman., S.T., M.T., Ph.D.
PROGRAM STUDI TEKNIK KIMIA FAKULTAS TEKNIK UNIVERSITAS MUHAMMADIYAH SURAKARTA
Prarancangan Pabrik Polistirena dengan Proses Polimerisasi Larutan Kapasitas 70.000 Ton/Tahun
ABSTRAK
Polistirena adalah polimer termoplastik yang menggunakan bahan baku stirena monomer dengan dibantu pelarut etil benzena dan inisiator benzoil peroksida. Polistirena khususnya High Impact Polystyrene mempunyai beberapa kegunaan yaitu sebagai peralatan rumah tangga, isolator, pembungkus makanan, dan furniture. Kebutuhan polistirena di Indonesia cukup tinggi dari tahun 2006-2015 cenderung mengalami peningkatan. Kapasitas pabrik polistirena sebesar 70.000 ton/tahun beroperasi selama 330 hari. Dalam pembuatan polistirena perbandingan antara bahan baku, pelarut sebesar 1 : 0,05492. Reaksi yang terjadi dalam pembuatan polistirena yaitu reaksi eksotermis dengan menggunakan reaktor RATB (Reaktor Alir Tangki Berpengaduk) karena fasenya cair-cair. Kondisi operasi dijaga pada suhu 90°C (isothermal) dan tekanan 1 atm.
Pabrik polistirena berkapasitas 70.000 ton/tahun menggunakan bahan baku stirena monomer sebesar 12.575,8271 kg/jam dengan impuritas etil benzena sebesar 50,5053 kg/jam, untuk pelarut etil benzena sebesar 690,6644 kg/jam dengan impuritas toluena dan benzena masing-masing sebesar 0,0691 kg/jam dan 0,6222 kg/jam ,dan inisiator benzoil peroksida sebesar 20,5070 kg/jam. Dalam pembuatan polistirena membutuhkan unit pendukung proses yaitu air, steam, listrik, dan udara tekan. Untuk kebutuhan air diperoleh dari sungai sebanyak 73.249,4677 kg/jam. Kebutuhan steam sebanyak 659,3500 kg/jam yang diperoleh dari boiler
dengan bahan bakar solar sebanyak 0,0607 m3/jam. Kebutuhan listrik sebanyak 335,6026 kW yang didapatkan dari PLN dan sebagai cadangan didapatkan dari generator yang berkapasitas 1.000 kW dengan menggunakan bahan bakar sebanyak 0,1145 m3/jam. Kebutuhan udara tekan sebanyak 71,064 m3/jam. Pabrik ini direnacanakan berlokasi di Serang, Banten dengan luas tanah sebesar 14.800 m2 dan jumlah karyawan 128 orang.
Dari analisis ekonomi pabrik polistirena ini membutuhkan modal tetap sebesar Rp 297.722.649.279 dan modal kerja sebesar Rp 148.745.508.634. Sedangkan keuntungan sebelum pajak sebesar Rp 131.171.167.310 /tahun. Keuntungan setelah pajak sebesar Rp 101.378.375.483 /tahun. Analisa kelayakan ini dapat disimpulkan bahwa Percent Return On Investment (ROI) sebelum pajak sebesar 45,40% dan setelah pajak sebesar 34,05%. Pay Out Time (POT) sebelum pajak sebesar 1,80 tahun dan setelah pajak sebesar 2,27 tahun.
Break Even Point (BEP) sebesar 41,48% kapasitas dan Shut Down Point (SDP) sebesar 27,30% kapasitas. Discounted Cash Flow (DCF) sebesar 31,75%. Berdasarkan analisis kelayakan pabrik polistirena ini cukup menarik dan layak untuk didirikan.
ABSTRACT
Polystyrene is a thermoplastic polymer using raw materials of styrene monomer with assisted solvent ethyl benzene and benzoyl peroxide initiator. Particularly High Impact polystyrene has a number of uses as household appliances, food wrapping, insulation, and furniture. Needs of polystyrene in Indonesia is quite high from 2006-2015 are likely to experience increased. Polystyrene plant capacity of 70.000 tonnes/year operation for 330 days. In the manufacture of polystyrene comparison between raw materials, solvents of 1:0,05492. The reaction that occurs in the manufacture of polystyrene that is an exothermic reaction using reactor CSTR (Continous Stirred Tank Reactor) because the converted liquid-liquid. Operating conditions are maintained at a temperature of 90 ° C (isothermal) and a pressure of 1 atm.
Polystyrene plant with a capacity of 70.000 tonnes/year using the raw materials of styrene monomer of 12.575,8271 kg/h ethyl benzene of the impurities with 50,5053 kg/h ethyl benzene solvent, to of 690,6644 kg/h with the impurities of toluene and benzene respectively amounted to 0,0691 kg and 0,6222 kg/h, and benzoyl peroxide initiator of 20,5070 kg/h. In the manufacture of polystyrene requires supporting units namely air, steam, electric, and compressed air. For the needs of water obtained from the River as much as 73.249,4677 kg/h. Steam needs as much as 659,3500 kg/h of boiler with diesel fuel as much as 0,0607 m3/hour. Electricity needs as much as 335,6026 kW obtained from PLN and as a backup generator that has a capacity of 1.000 kW using fuel as much as 0,1145 m3/hour. Compressed air needs as much 71.064 m3/hour. This direnacanakan the factory located in Serang, Banten, with a land area of 14,800 m2 and employs 128 people.
Economic analysis of polystyrene plant is in need of fixed capital amounted to Rp 297.722.649.279 and Rp 148.745.508.634 of working capital. While profit before tax of Rp. 131.171.167.310/year. Profit after tax of Rp 101.378.375.483 /year. This feasibility analysis it can be concluded that the Percent Return On Investment (ROI) of 45,40% before tax and after tax of 34,05%. Pay Out Time (POT) before tax of 1,80 years and after tax of 2,27 years. Break Even Point (BEP) of 41,48% capacity and Shut Down Point (SDP) of 27,30% capacity. Discounted Cash Flow (DCF) for 31,75%. Based on the analysis of the feasibility of the polystyrene plant is quite interesting and worth to be established.
1. PENDAHULUAN
1.1. Latar Belakang Pendirian Pabrik
Seiring berkembangnya zaman kebutuhan terhadap industri kimia semakin meningkat contohnya industri polimer. Industri polimer banyak digunakan dalam industri plastik maupun alat-alat kebutuhan rumah tangga. Oleh karena itu, dengan didirikannya pabrik polistirena di Indonesia dapat memenuhi kebutuhan pasar dalam negeri dan menghentikan ketergantungan impor serta menghemat devisa negara.
1.2. Kapasitas Perancangan
Penentuan kapasitas perancangan pabrik polistirena yang akan didirikan mempertimbangkan faktor-faktor yaitu jumlah impor polistirena di Indonesia dan jumlah pabrik yang telah berdiri. Berikut data impor polistirena di Indonesia dari tahun 2006-2015.
Tabel 1. Data Impor Polistirena Indonesia No Tahun Jumlah (Ton)
1 2006 5.071,000
2 2007 5.521,000
3 2008 19.793,000
4 2009 24.075,000
5 2010 25.625,000
6 2011 28.143,000
7 2012 43.405,000
8 2013 39.552,000
9 2014 42.894,000
10 2015 49.784,000
[image:7.595.112.515.323.692.2](Sumber BPS Impor tahun 2010-2015)
Gambar 1. Jumlah Impor Polistirena di Indonesia dari tahun 2006-2015
Pabrik polistirena yang ada di Indonesia adalah PT Pasific Indomas Plastik yang memproduksi polistirena sebesar 30.000 ton/tahun. Berikut data kapasitas pabrik yang telah berdiri di negara lain.
y = 4989,9x - 1E+07 R² = 0,9401
0 10.000 20.000 30.000 40.000 50.000 60.000
2006 2009 2012 2015
Tabel 2. Daftar Perusahaan yang Memproduksi Polistirena
No. Perusahaan Lokasi Kapasitas
(Ton/Tahun) 1 Baser Petrokimia Yumurtalkey, Turkey 50.000 2 American Styrenics USA, OH, Hanging Rock 180.000
3 INEOS NOVA Marl, Germany 190.000
4 Total Petrochemicals Carling, France 200.000
5 Chi Mei Tainan 240.000
6 Dow Chemical Tessenderlo, Belgium 265.000 7 Styrolution INEOS Styrenics USA, Ohio Belpre 409.000
8 BASF Antwerp, Belgium 540.000
(Sumber: ICIS plants & Projects, 2010) 1.3. Lokasi Pendirian Pabrik
Penentuan lokasi pabrik yang tepat, ekonomis dan menguntungkan ternyata tidak mudah. Banyak faktor yang mempengaruhi kondisi ideal diantaranya ketersediaan bahan baku, pemasaran, transportasi, unit pendukung, sumber daya manusia, kondisi lingkungan masyarakat, kondisi geografis, dan kebijaksanaan pemerintah. Pendirian pabrik polistirena direncanakan didirikan di Serang, Banten.
1.4. Tinjauan Pustaka
Secara umum, High Impact Polystyrene dapat diproduksi dengan empat macam proses, yaitu polimerisasi larutan, polimerisasi bulk, polimerisasi suspensi, dan polimerisasi emulsi.
Jenis Proses Produksi Kelebihan Kekurangan Polimerisasi Larutan Viskositasnya rendah Berat molekul rendah Polimerisasi Bulk Penanganan material mudah Sangat eksotermis
Polimerisasi Suspensi Tidak ada kesulitan dengan panas polimerisasi
Memerlukan ketelitian tinggi
Polimerisasi Emulsi Dapat bekerja secara kontinyu Prosesnya rumit
1.5. Kegunaan Produk
Polistirena banyak dimanfaatkan untuk (Kirk and Othmer, 1982) :Bungkus makanan, bahan pengepakan atau pembungkusan, bahan isolator, bahan peralatan rumah tangga, dan
2. DESKRIPSI PROSES 2.1. Dasar Reaksi
Polistirena merupakan polimer yang dihasilkan dari bahan baku Stirena Monomer serta dibantu dengan pelarut Etil Benzena dan inisiator Benzoil Peroksida. Fase reaksi berupa fase cair dan reaktor yang digunakan jenis Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB) pada kondisi operasi 1 atm dan suhu 90°C. Reaksi polimerisasi terbagi menjadi 3 tahap yaitu :
1. Tahap Inisiasi
Tahap inisiasi merupakan tahapan awal dalam pembentukan radikal bebas.
2. Tahap Propagasi
Tahap propagasi merupakan tahap pembentukan rantai polimer.
3. Tahap Terminasi
Tahap terminasi merupakan tahapan dimana radikal polimer saling bertumbukan dengan radikal monomer atau radikal yang baru terbentuk sehingga membentuk polimer dengan berat molekul yang tinggi..
Terminasi dengan disproporsionasi yang terjadi jika dua radikal bergabung membentuk dua molekul baru.
2.2. Tinjauan Termodinamika
Reaksi yang terjadi pada pembuatan polistirena yaitu reaksi eksotermis. Berikut entalpi yang terjadi pada pembuatan polistirena :
C8H8 (C8H8)n
(ΔG) = ΔHp –T. ΔS) ...(2.1) Diketahui :
ΔHp = -69,9 kJ/mol (Brandrup, 1998) = -16,7061 kkal/mol
ΔS = -0,105 kJ/mol.°C (Billmeyer, 1994)
Dari persamaan 2.1 pada suhu reaksi sebesar 90°C. Maka nilai energi bebas (ΔG): (ΔG) = -69,9 kJ/mol – (90°C × -0,105 kJ/mol.°C)
= -60,45 kJ/mol = -14,4476 kkal/mol Menghitung nilai K
ΔG = -RT ln K...2.2
ln K =
ln K =
=
20,0222 K = 4,9606,E+08
Karena nilai K sangat besar sehingga dapat disimpulkan bahwa reaksi yang terjadi
irreversibel (searah) yang berarti ke arah kanan yaitu produk. Selain itu, harga panas reaksi bernilai negatif yang berarti reaksi pembentukan polistirena bersifat eksotermis (melepaskan panas), dan reaksi ini berlangsung karena ΔG<0.
2.3. Tinjauan Kinetika 1. Tahap Inisiasi
I kd 2R*
R* + M ki RM* 2. Tahap Propagasi
RM* + M kp RMM* RMM* + M kp RMMM* RM*n-1 + M kp RM*n
3. Tahap Terminasi
RM*n + RM*m ktc RM*n+m
Persamaan laju reaksi polimerisasi seperti berikut :
-rA = [ ] [ ] [ ]
Dari perhitungan yang telah dilakukan diperoleh nilai kinetika reaksi sebesar 22,79 L/mol.jam.
2.4. Diagram Alir Proses
Langkah proses yang digunakan dari bahan baku menjadi menjadi polistirena terdiri dari beberapa tahapan yaitu tahap persiapan bahan baku, tahap reaksi, tahap pemisahan, tahan pembentukan, dan tahap penyimpanan produk.
3. SPESIFIKASI PERALATAN PROSES 3.1. Mixer (M-120)
Tugas : Mencampurkan hasil recycle dengan Stirena Monomer dan Etil Benzena sebanyak 13.317,6148 kg/jam.
Jenis : Tangki silinder tegak berpengaduk dengan elliptical dished head.
Jumlah : 1 buah
Kondisi Operasi
Suhu : 68,68ºC
Tekanan : 1 atm
Spesifikasi Tangki :
Volume : 3,0934 m3
Tebal shell : 0,1875 in Tebal head : 0,25 in
Pengaduk : Turbine dengan 6 flat Blades
Power : 3 Hp
Bahan : Stainless Steel 30l
Harga : $ 142.214
3.2. Reaktor (R-130)
Tugas : Mereaksikan Stirena Monomer sebanyak 12.575,8271 kg/jam menjadi HIPS (High Impact Polystyrene)
sebanyak 8.838,3838 kg/jam.
Jenis : Reaktor Alir Tangki Berpengaduk (RATB)
Reaktor Polimerisasi (R-130) :
Viskositas : 1,1150 Cp
Residence Time : 2,2478 jam
Kondisi Operasi :
Suhu : 90ºC
Tekanan : 1 atm
Ukuran Reaktor :
Volume : 59,2165 m3 Diameter : 4,2253 m Tebal Shell : 0,3125 in Tebal Head : 0,4375 in
Impeller :
Jenis : six blades turbine
Power : 30 Hp
Isolasi :
Bahan : Polyisocyanurate
Tebal Isolasi : 0,83 cm Jaket Pendingin
Spesifikasi :
Beban Panas : 722.474,4265 Kj/jam Luas Transfer Panas : 603,4168 ft2
Lebar Jaket : 0,0264 ft
D : 13,8626 ft
H : 13,8626 ft
Tebal Jaket : 0,3750 in Bahan : Stainless Steel
Harga : $ 445.037
3.3. Flash Drum (D-140)
Jenis : Tangki silinder horizontal dengan torispherical dished head.
Jumlah : 1 buah
Kondisi Operasi :
Suhu : 171,77ºC Tekanan : 1,2 atm Ukuran Flash Drum :
Diameter : 1,2044 m Tinggi : 2,9297 m Tebal Shell : 0,1875 in Tebal Head : 0,25 in
Bahan : Stainless Steel
Harga : $ 15.750
3.4. Extruder (S-160)
Tugas : Mendinginkan dan membentuk Polistirena menjadi pellet sebanyak 8.838,3838 kg/jam.
Jenis : Twin Screw Extruder
Jumlah : 1 buah
Kondisi Operasi :
Suhu Awal : 171,77ºC Suhu Akhir : 40○C
Beban Pendingin : 1.426.153,7077 Kj/jam Ukuran Extruder :
L/D : 6
D : 0,8812 m
L : 5,2875 m
Diameter die : 1/8 in
Kapasitas : 8.838,3838 kg/jam Speed : 20 rpm
Bahan : Stainless Steel
4. UNIT PENDUKUNG PROSES (UTILITAS) DAN LABORATURIUM 4.1. Unit Pendukung Proses (Utilitas)
Unit pendukung proses atau disebut juga dengan unit utilitas merupakan unit penting dalam menunjang berlangsungnya proses yang terjadi dalam pabrik.
Unit utilitas yang dibutuhkan pada perancangan pabrik ini yaitu : 1. Unit Penyediaan Air dan Unit Pengolahan Air
Unit ini berfungsi sebagai penyedia air dan pengolahan air proses, air sanitasi, air umpan boiler, dan air untuk perkantoran.
2. Unit Penyediaan Steam
Unit ini berfungsi sebagai penyedia Steam. Steam ini digunakan pada alat Heat Exchanger dan Flash Drum.
3. Unit Penyediaan Bahan Bakar
Unit ini berfungsi sebagai penyedia bahan bakar untuk Boiler dan Generator.
4. Unit Penyediaan Listrik
Unit ini berfungsi sebagai tenaga penggerak untuk peralatan proses, peralatan kantor, dan penerangan. Listrik diperoleh dari 2 sumber yaitu PLN dan Generator sebagai sumber cadangan jika PLN mengalami gangguan.
5. Unit Penyediaan Udara Tekan
Unit ini berfungsi sebagai penyedia udara tekan untuk sistem instrumentasi yang diperlukan pada alat kontrol pneumatik yaitu kompresor dan tangki udara.
4.2. Laboraturium
Laboraturium adalah tempat riset ilmiah dan pengukuran yang sangat penting dalam mengukur, menjaga, dan meningkatkan jumlah mutu produksi perusahaan.
5. ANALISIS EKONOMI
Analisis ekonomi bertujuan untuk mengetahui seberapa besar profit pabrik yang akan didirikan sehingga diketahui layak atau tidaknya pabrik didirikan..Hasil analisis kelayakan ekonomi sebagai berikut :
6. Pay Out Time (POT) sesudah pajak 2,27 tahun. 7. Break Even Point (BEP) adalah 41,48%
BEP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 40% - 60%. 8. Shut Down Point (SDP) adalah 27,30%
SDP untuk pabrik kimia pada umumnya berkisar antara 20% -30%. 9. Discounted Cash Flow (DCF) adalah 31,75%
DCF harus lebih besar dari bunga pinjaman di bank. Suku bunga saat ini sebesar 10%. Dari data hasil perhitungan analisis ekonomi diatas dapat disimpulkan bahwa pabrik polistirena menarik dan layak untuk didirikan.
Gambar 2. Perhitungan Analisis Ekonomi
DAFTAR PUSTAKA
Aries, R.S and Newton, R.D., 1955, “Chemical Engineering Cost Estimation”, Mc Grow – Hill Book Company, New York.
Biro Pusat Statistik, 2006-2015, “Statistik Perdagangan Luar Negeri Indonesia”, Diakses tanggal 15 Oktober 2015 pukul 21.42.
Ullmann’s., 2003, “Encyclopedia of Industrial Chemistry”,6th edition, vol.13.
Ulrich, G.D., 1984, “A Guide to Chemical Engineering Process Design and Economics”, John Wiley and Sons, Inc., New York.
Yaws, 1979, “Thermodynamic and Physical Properties Data”, Mc Graw Hill Book Co. Singapore. 0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600
0 20 40 60 80 100 120
Rupi a h/ta hu n (1 0 ⁹ )
[image:15.595.100.476.236.490.2]
